CN105097293A - 锂离子电容器负极的预嵌锂方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子电容器负极的预嵌锂方法，所述的锂离子电容器包括壳体、置于内部的电芯和含浸于电芯内的电解液，所述的电芯是由正极电极片、负极电极片和置于正极与负极之间的隔膜通过卷绕或叠片的方式得到的，所述的正极电极片包括正极涂布层和正极集流体，所述的负极电极片包括负极涂布层和负极集流体，所述的预嵌锂过程是将金属锂电极与电芯相对放置并用隔膜隔开，在金属锂电极与负极之间施加偏置电压，以恒电压放电的方式对负极进行预嵌锂操作。

Description

锂离子电容器负极的预嵌锂方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电容器的制备方法，尤其涉及锂离子电容器负极的预嵌锂方法。
背景技术
锂离子电容器是一种新型的功率型储能器件，与锂离子电池相比其高倍率放电和循环寿命更佳，与双电层的超级电容器相比能量密度可以提高3-6倍。但是目前制约锂离子电容器制造成本的因素是预先对负极进行嵌锂的操作，即预嵌锂工艺，其目的是对电容器提供额外的锂源，从而补偿负极在化成过程中的锂的消耗。申请号为200580001396.0中国发明专利公开的技术方案是，将金属锂电极置于电容器壳体内，使金属锂电极与负极短路，经过14天放置后金属锂片全部消失，锂离子被预嵌入负极中。这种方法存在的问题是：(1)考虑到电容器内部存在欧姆极化、电化学极化和浓差极化等不利因素，因此造成预嵌锂时间过长；(2)预嵌锂量取决于放入的金属锂的量，无法从外部监测锂的预嵌过程，因此预嵌锂量不容易控制。申请号为201410146713.9的中国发明专利公开的技术方案是，以负极为工作电极，以金属锂电极为对电极，以恒电流放电的方式对负极进行预嵌锂，存在的问题是：通常利用充放电测试设备放电至约0V，而对于锂离子电容器的碳负极而言，大部分锂是在0.1V以下嵌入的，考虑到极化的因素，只能使用较小的电流放电，从而造成了预嵌锂时间过长。
发明内容
本发明的目的是缩短负极的预嵌锂时间，提高锂离子电容器的生产效率，为此本发明提出一种锂离子电容器负极的预嵌锂方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
锂离子电容器负极的预嵌锂方法，所述的锂离子电容器包括壳体、置于壳体内部的电芯和含浸于电芯内的电解液，所述的电芯是由正极电极片、负极电极片和置于正极与负极之间的隔膜通过卷绕或叠片的方式得到的，所述的正极电极片包括正极涂布层和正极集流体，所述的负极电极片包括负极涂布层和负极集流体。所述的预嵌锂方法是将金属锂电极与电芯相对放置并用隔膜隔开，在金属锂电极与负极之间施加偏置电压，以恒电压放电的方式对负极进行预嵌锂操作。施加偏置电压的目的是使负极的电位低于金属锂电极的电位，所述的恒压放电是指以金属锂电极为阳极、以负极为阴极，对负极进行预嵌锂操作，并且此时负极相对于金属锂电极的电压为负值，所述的偏置电压为0.01～0.35V，用来补偿金属锂电极与负极之间的极化电压。所述的极化包括锂离子电容器内部存在的欧姆极化、电化学极化和浓差极化等。欧姆极化是由于电解液、电极活性材料和导电材料，集流体与涂布层之间以及电极片与电极端子焊接存在的接触电阻所引起的极化；电化学极化是由于锂离子在固相的扩散和插嵌反应等引起的极化；浓度极化是由于锂离子消耗引起电极表面得不到及时补充导致的电极电位的极化。
锂离子电容器可按如下步骤制备：将负极电极片、正极电极片和隔膜叠片或卷绕形成电芯，隔膜位于负极电极片与正极电极片之间；将电芯放入壳体中，正极和负极的极耳伸出壳体；金属锂电极放入壳体中，金属锂电极与电芯相对放置并用隔膜隔开；壳体注入过量电解液后，对壳体进行热封口；在金属锂电极与负极之间施加偏置电压，以恒电压放电的方式对负极进行预嵌锂操作；所述的偏置电压为0.01～0.35V。取出金属锂电极，倒出多余的电解液，最后进行真空封口，得到锂离子混合型电容器。
锂离子电容器也可按如下步骤制备：将负极电极片、正极电极片和隔膜叠片或卷绕形成电芯，隔膜位于负极电极片与正极电极片之间；将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器内浸渍，在金属锂电极与负极之间施加偏置电压，以恒电压放电的方式对负极进行预嵌锂操作；将预嵌锂过的电芯从密闭容器中取出，装入壳体中真空封口，得到锂离子储能器件。
所述的正极集流体为含有2％～30％开孔率的贯穿孔的铝箔，所述的负极集流体为含有2％～30％开孔率的贯穿孔的铜箔或镍箔。所述的开孔率是指集流体上孔的面积与集流体的面积的比值。
附图说明
图1所示为实施例1的预嵌锂过程曲线。
图2所示为对比例的预嵌锂过程曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明将负极电极片、正极电极片和隔在负极电极片与正极电极片之间的隔膜叠片或卷绕形成电芯。电极片的制备采用涂布的方法制成：将包含正极活性物质、导电剂和粘结剂的浆料涂布到含有2％～30％开孔率的贯穿孔的铝箔上，制成正极电极片；将包含负极活性物质、导电剂和粘结剂的浆料涂布到无贯穿孔的铜箔或含有2％～30％开孔率的贯穿孔的铜箔或镍箔上，制成负极电极片。
制备锂离子混合型电容器的一种实施方式是将电芯放入壳体中，正极和负极的极耳伸出壳体；金属锂电极放入壳体中，金属锂电极与电芯相对放置并用隔膜隔开；壳体注入过量电解液后，对壳体进行热封口；在金属锂电极与负极之间施加偏置电压，以恒电压放电的方式对负极进行预嵌锂操作；取出金属锂电极，倒出多余的电解液，最后进行真空封口，得到锂离子混合型电容器。
制备锂离子混合型电容器的另一种实施方式是将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器内浸渍，在金属锂电极与负极之间施加偏置电压，以恒电压放电的方式对负极进行预嵌锂操作；将预嵌锂过的电芯从密闭容器中取出，装入壳体中真空封口，得到锂离子储能器件。
实施例1
正极电极片的活性材料活性炭，正极集流体为开孔率为2％的贯穿孔的铝箔；负极电极片的活性材料为硬碳，负极集流体为开孔率为2％的贯穿孔的铜箔；隔膜为celgard2400，1片正极电极片和1片负极电极片叠片制成电芯。将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器中浸渍，电解液为1mol/LLiPF6的溶液，溶剂为体积比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂。将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器内浸渍，在金属锂电极与负极之间施加0.10V偏置电压，以金属锂电极为阳极、以负极为阴极，对负极进行预嵌锂操作。恒压放电15分钟后，再以0.15V偏置电压恒电压放电1小时，共计嵌锂273.3mAh/g基于负极活性物质质量，静置5小时后负极相对于金属锂电极的电位稳定在0.33V。测试设备为武汉兰电公司CT2001A的电池测试仪，以下实施例也采用了相同的测试设备。预嵌锂过程如图1所示，横坐标为测试时间，左侧纵坐标为金属锂电极相对于负极的电压，右侧纵坐标为电流；其中的曲线1为电压变化曲线，曲线2为电流变化曲线。取出电芯放入壳体中封口得到锂离子混合型电容器。
对比例
正极电极片的活性材料为活性炭，正极集流体为开孔率为2％的贯穿孔的铝箔；负极电极片的活性材料为硬碳，负极集流体为开孔率为2％的贯穿孔的铜箔；隔膜为celgard2400，1片正极电极片和1片负极电极片叠片制成电芯。将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器中浸渍，电解液为1mol/LLiPF6的溶液，溶剂为体积比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂。将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器内浸渍，以负极为工作电极，以金属锂电极为参比电极，先以1.8mA恒流放电至0.1V，再以0.9mA放电至0.1V，然后再以0.45mA放电至0.05V，共嵌锂274.5/g，用时22.5小时。预嵌锂过程如图2所示，横坐标为测试时间，左侧纵坐标为金属锂电极相对于负极的电压，右侧纵坐标为电流；曲线1为电压变化曲线，曲线2为电流变化曲线。取出电芯放入壳体中封口得到锂离子混合型电容器。
实施例2
正极电极片的活性材料为质量比为3:1的活性炭和镍钴锰酸锂，正极集流体为开孔率为20％的贯穿孔的铝箔；负极电极片的活性材料包含60质量份的中间相碳微球、35质量份的人造石墨和5质量份的石墨烯，负极集流体为开孔率为20％的贯穿孔的镍箔；隔膜为celgard2400，正极电极片和负极电极片卷绕后热压制成方形电芯。将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器中浸渍，电解液为1mol/LLiPF6的溶液，溶剂为体积比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂。将电芯和金属锂电极放入盛有电解液的密闭容器内浸渍，以金属锂电极为阳极、以负极为阴极，在金属锂电极与负极之间施加0.01V偏置电压恒压放电8小时后嵌锂300mAh/g基于负极活性物质质量，静置5小时后负极相对于金属锂电极的电位稳定在0.35V。取出电芯放入壳体中封口得到锂离子混合型电容器。
实施例3
正极电极片的活性材料为活性炭，正极集流体为开孔率为30％的贯穿孔的铝箔；负极极片的活性材料为质量比为50：1的软碳和石墨烯，负极集流体为开孔率为30％的贯穿孔的铜箔；隔膜为celgard2400，5片正极电极片和5片负极电极片叠片制成电芯。将电芯放入壳体中，正极和负极的极耳伸出壳体，金属锂电极放入壳体中，金属锂电极与电芯相对放置并用隔膜隔开；壳体注入过量电解液后，对壳体进行热封口。电解液为1mol/LLiPF6的溶液，溶剂为体积比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂。以金属锂电极为阳极、以负极为阴极，在金属锂电极与负极之间施加0.05V偏置电压，恒压放电2小时，共计嵌锂240mAh/g基于负极活性物质质量，静置5小时后负极相对于金属锂电极的电位稳定在0.30V。取出金属锂电极，倒出多余的电解液，最后进行真空热封口，得到锂离子混合型电容器。

Claims (3)

1.一种锂离子电容器负极的预嵌锂方法，所述的锂离子电容器包括壳体、置于内部的电芯和含浸于电芯内的电解液，所述的电芯是由正极电极片、负极电极片和置于正极与负极之间的隔膜通过卷绕或叠片的方式得到的，所述的正极电极片包括正极涂布层和正极集流体，所述的负极电极片包括负极涂布层和负极集流体，其特征在于：所述的预嵌锂方法是将金属锂电极与电芯相对放置并用隔膜隔开，在金属锂电极与负极之间施加偏置电压，以恒电压放电的方式对负极进行预嵌锂操作。
2.根据权利要求1所述的锂离子电容器负极的预嵌锂方法，其特征在于：所述的偏置电压为0.01～0.35V。
3.根据权利要求1所述的锂离子电容器负极的预嵌锂方法，其特征在于：所述的正极集流体为含有2％～30％开孔率的贯穿孔的铝箔，所述的负极集流体为含有2％～30％开孔率的贯穿孔的铜箔或镍箔。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107248451A (zh) * 2017-07-28 2017-10-13 中国科学院电工研究所 一种高能量密度的锂离子电容器
CN107482285A (zh) * 2017-06-22 2017-12-15 苏州迪思伏新能源科技有限公司 一种锂离子氧气电池及其制备方法
CN107768743A (zh) * 2016-08-18 2018-03-06 中信国安盟固利动力科技有限公司 一种锂离子电池补锂方法
CN109686923A (zh) * 2018-12-17 2019-04-26 深圳先进技术研究院 预嵌锂负极的制备方法及制备得到的预嵌锂负极、储能器件、储能系统及用电设备
CN109698323A (zh) * 2018-11-30 2019-04-30 天合光能股份有限公司 一种用于锂离子电池的预埋化负极材料及其制备方法
CN110246706A (zh) * 2019-05-10 2019-09-17 中国科学院电工研究所 一种锂离子储能器件的预嵌锂方法
WO2020124328A1 (zh) * 2018-12-17 2020-06-25 深圳先进技术研究院 预嵌锂负极的制备方法及制备得到的预嵌锂负极、储能器件、储能系统及用电设备
CN111415824A (zh) * 2020-03-13 2020-07-14 上海应用技术大学 一种锂离子电容器的外并式预嵌锂方法
CN114783784A (zh) * 2022-05-24 2022-07-22 中国第一汽车股份有限公司 一种锂离子电容器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102372268A (zh) * 2011-10-18 2012-03-14 浙江大学 一种石墨烯材料的制备方法
CN103413692A (zh) * 2013-08-25 2013-11-27 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种锂离子电容器正极片及使用该正极片的锂离子电容器
CN104008893A (zh) * 2014-04-11 2014-08-27 中国科学院电工研究所 锂离子混合型电容器的制备方法及其锂离子混合型电容器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102372268A (zh) * 2011-10-18 2012-03-14 浙江大学 一种石墨烯材料的制备方法
CN103413692A (zh) * 2013-08-25 2013-11-27 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种锂离子电容器正极片及使用该正极片的锂离子电容器
CN104008893A (zh) * 2014-04-11 2014-08-27 中国科学院电工研究所 锂离子混合型电容器的制备方法及其锂离子混合型电容器

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107768743A (zh) * 2016-08-18 2018-03-06 中信国安盟固利动力科技有限公司 一种锂离子电池补锂方法
CN107482285A (zh) * 2017-06-22 2017-12-15 苏州迪思伏新能源科技有限公司 一种锂离子氧气电池及其制备方法
CN107248451A (zh) * 2017-07-28 2017-10-13 中国科学院电工研究所 一种高能量密度的锂离子电容器
CN107248451B (zh) * 2017-07-28 2019-01-11 中国科学院电工研究所 一种高能量密度的锂离子电容器
CN109698323A (zh) * 2018-11-30 2019-04-30 天合光能股份有限公司 一种用于锂离子电池的预埋化负极材料及其制备方法
CN109698323B (zh) * 2018-11-30 2022-03-22 江苏天合储能有限公司 一种用于锂离子电池的预锂化负极材料及其制备方法
CN109686923A (zh) * 2018-12-17 2019-04-26 深圳先进技术研究院 预嵌锂负极的制备方法及制备得到的预嵌锂负极、储能器件、储能系统及用电设备
WO2020124328A1 (zh) * 2018-12-17 2020-06-25 深圳先进技术研究院 预嵌锂负极的制备方法及制备得到的预嵌锂负极、储能器件、储能系统及用电设备
CN109686923B (zh) * 2018-12-17 2020-07-17 深圳先进技术研究院 预嵌锂负极的制备方法及制备得到的预嵌锂负极、储能器件、储能系统及用电设备
CN110246706A (zh) * 2019-05-10 2019-09-17 中国科学院电工研究所 一种锂离子储能器件的预嵌锂方法
CN111415824A (zh) * 2020-03-13 2020-07-14 上海应用技术大学 一种锂离子电容器的外并式预嵌锂方法
CN114783784A (zh) * 2022-05-24 2022-07-22 中国第一汽车股份有限公司 一种锂离子电容器及其制备方法

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